橋梁裝配式建造及BIM 技術(shù)在城市快速路工程中的探索與實(shí)踐

陳志芳，孔麗華，包啟航，朱曹宗

（中設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210014）

近年來(lái)，無(wú)論是國(guó)家、行業(yè)層面，還是地方行政決策層面，都在大力推廣裝配式建造以及BIM 技術(shù)。任何新技術(shù)的研發(fā)推廣都需要以實(shí)踐為基礎(chǔ)，文章以某公路快速化改造工程為例，介紹橋梁裝配式建造及BIM 技術(shù)在國(guó)省道城市道路快速路工程中的探索與實(shí)踐。

該項(xiàng)目整體按照主輔路結(jié)合的全封閉快速路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，主線主要服務(wù)客運(yùn)交通，為城市快速路標(biāo)準(zhǔn)，輔路客貨均可通行，為國(guó)道兼顧城市主干道。主線設(shè)計(jì)車(chē)速100km/h，機(jī)動(dòng)車(chē)雙向6 車(chē)道；輔路設(shè)計(jì)車(chē)速60km/h，機(jī)動(dòng)車(chē)雙向6 車(chē)道，紅線寬50～72m。

全線共設(shè)置立交2 座，其中一處立交為既有互通利用改造，邊界條件較為復(fù)雜，是本次BIM 技術(shù)的實(shí)踐探索的重點(diǎn)。其主線高架橋約2.1km，考慮施工期間現(xiàn)場(chǎng)老路交通組織及工期需要，重點(diǎn)進(jìn)行了裝配式橋梁建造技術(shù)的應(yīng)用。

1 技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)分析

該工程具有現(xiàn)狀互通改建難度大、建設(shè)工期短、施工期保通要求高、環(huán)保要求高等特點(diǎn)。在項(xiàng)目實(shí)踐過(guò)程中，橋梁裝配式建造及BIM 技術(shù)在城市快速路工程中探索與實(shí)踐的重難點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面。

（1）該項(xiàng)目作為區(qū)域裝配式橋梁建造技術(shù)導(dǎo)則的研究編制載體，其技術(shù)經(jīng)驗(yàn)要有較強(qiáng)的適應(yīng)性。該項(xiàng)目是區(qū)域首個(gè)應(yīng)用裝配式橋梁建造技術(shù)的項(xiàng)目，需結(jié)合地區(qū)特點(diǎn)制定合適的設(shè)計(jì)導(dǎo)則，為該項(xiàng)目以及區(qū)域后續(xù)實(shí)施的裝配式橋梁建造項(xiàng)目提供有力的技術(shù)指導(dǎo)是項(xiàng)目順利推進(jìn)的重要基礎(chǔ)；同時(shí)也是裝配式技術(shù)實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化的前提條件。

（2）國(guó)內(nèi)裝配式橋梁建造技術(shù)還在摸索階段，尚有技術(shù)問(wèn)題需要論證分析。第一，目前行業(yè)內(nèi)對(duì)預(yù)制拼裝墩柱接縫處的力學(xué)性能暫時(shí)沒(méi)有明確的分析方法，尤其是接縫處結(jié)構(gòu)性裂縫計(jì)算。第二，接縫區(qū)受力特性是預(yù)制拼裝蓋梁設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。對(duì)于蓋梁的多種拼裝方案，根據(jù)已有文獻(xiàn)，目前國(guó)內(nèi)僅上海某設(shè)計(jì)院開(kāi)展了各方案的受力性能對(duì)比研究，但僅初步驗(yàn)證了各方案的可行性，并未揭示預(yù)制拼裝蓋梁接縫區(qū)域的受力機(jī)理。如何分析剖析墩柱接縫、蓋梁接縫區(qū)受力機(jī)理是項(xiàng)目研究的重難點(diǎn)。

（3）國(guó)省道城市快速化改造項(xiàng)目建設(shè)條件復(fù)雜，BIM 應(yīng)用技術(shù)需要重點(diǎn)突破。國(guó)省道城市快速化改造項(xiàng)目，不同于一般的公路項(xiàng)目或者城市快速路項(xiàng)目，道路沿線交叉口多、周邊地塊開(kāi)發(fā)程度高、沿線建筑物的出入口多、分隔帶開(kāi)口多等特點(diǎn)，同時(shí)老路交通量大，如何分析、處理與新老路與周邊的協(xié)調(diào)，既有互通的全方面改造，以及施工期交通組織等問(wèn)題，是BIM 技術(shù)在本工程中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)。

2 技術(shù)創(chuàng)新及適用性探討

該項(xiàng)目立足實(shí)際，結(jié)合規(guī)劃，在研究過(guò)程中應(yīng)用橋梁裝配式建造技術(shù)及BIM 技術(shù)，積極探索與實(shí)踐，尋求技術(shù)創(chuàng)新與突破，努力打造成為城建交通領(lǐng)域的精品工程。

（1）該項(xiàng)目在城市道路橋梁項(xiàng)目中同時(shí)應(yīng)用裝配式橋梁建造技術(shù)與BIM 技術(shù)，為城市交通問(wèn)題提供新的解決思路。

（2）對(duì)于預(yù)制拼裝墩柱，明確接縫處的力學(xué)性能是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。目前行業(yè)內(nèi)對(duì)接縫處的力學(xué)性能暫時(shí)沒(méi)有明確的分析方法，尤其是接縫處結(jié)構(gòu)性裂縫計(jì)算。為此，在理論分析和數(shù)值驗(yàn)證的前提下，基于OpenSees 平臺(tái)創(chuàng)新性地建立了基于并聯(lián)點(diǎn)—面接觸彈簧的預(yù)制拼裝墩柱精細(xì)化分析模型，能近似計(jì)算各荷載工況下的接縫截面裂縫寬度，為預(yù)制拼裝墩柱的設(shè)計(jì)提供了有利的理論依據(jù)。

（3）接縫區(qū)受力特性是預(yù)制拼裝蓋梁設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在；對(duì)于蓋梁的多種拼裝方案，為了更好地根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際進(jìn)行預(yù)制拼裝蓋梁拼接方案的比選，也為了能掌握預(yù)制拼裝蓋梁的受力機(jī)理，力爭(zhēng)國(guó)內(nèi)先進(jìn)技術(shù)水平，該項(xiàng)目基于濕接縫、干接縫等連接構(gòu)造，分不同的拼接方案進(jìn)行了預(yù)制拼裝蓋梁的仿真模型研究，分析了各方案蓋梁在不同工況下從受力至破壞的全過(guò)程，總結(jié)歸納了設(shè)計(jì)方法，初步推導(dǎo)并驗(yàn)證了若干可用于工程設(shè)計(jì)驗(yàn)算的簡(jiǎn)化公式，為該項(xiàng)目的方案比選及工程設(shè)計(jì)提供了有力的理論依據(jù)，如圖1 所示。

圖1 預(yù)制蓋梁仿真模型

（4）為提高建模效率，基于dynamo 編制了一套可以幫助快速布置橋梁上部結(jié)構(gòu)的子程序，大幅提高了BIM 建模速度，最終建模如圖2 所示。

圖2 BIM 建模

（5）利用BIM 模型，對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、地面道路等空間位置進(jìn)行設(shè)計(jì)復(fù)核，檢查設(shè)計(jì)成果并校正。利用Navisworks 軟件對(duì)有交叉的模型快速?gòu)?fù)核凈空，同時(shí)優(yōu)化縱斷面設(shè)計(jì)，減少互通區(qū)橋梁墩柱高度，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

（6）基于B/S 構(gòu)建設(shè)計(jì)方案BIM 展示平臺(tái)，使客戶(hù)通過(guò)網(wǎng)頁(yè)端登錄后，即可查看瀏覽BIM+GIS 設(shè)計(jì)方案，如圖3 所示。

圖3 BIM+GIS 展示平臺(tái)

3 技術(shù)優(yōu)勢(shì)及經(jīng)驗(yàn)

該項(xiàng)目是同時(shí)應(yīng)用裝配式橋梁建造技術(shù)和BIM 技術(shù)的公路快速化改造項(xiàng)目，相較以往同類(lèi)項(xiàng)目具有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：

（1）利用傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行地形建模，將設(shè)計(jì)方案疊加到基于傾斜攝影制作的實(shí)景三維模型中，基于此成果制作了方案演示視頻。其相較于傳統(tǒng)的方案動(dòng)畫(huà)，可以清晰準(zhǔn)確地反映設(shè)計(jì)方與周邊環(huán)境的空間位置關(guān)系，直觀的反應(yīng)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)還可以發(fā)現(xiàn)在做方案時(shí)一些被忽略的細(xì)節(jié)，對(duì)方案進(jìn)行全方面展示，實(shí)現(xiàn)所見(jiàn)及所得，進(jìn)而優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，為最終方案的確定提供決策支持。具體BIM+GIS 疊加模型如圖4 所示。

（2）基于參數(shù)化建模，建立了帶有參數(shù)信息的市政橋梁構(gòu)件族，可快捷的通過(guò)修改參數(shù)對(duì)構(gòu)件各尺寸進(jìn)行調(diào)整，如圖5 所示。為市政橋梁BIM 項(xiàng)目積累了豐富的構(gòu)件族。

圖4 BIM+GIS 疊加模型

圖5 橋梁BIM 構(gòu)件

（3）利用BIM 技術(shù)將二維設(shè)計(jì)圖通過(guò)三維投影生成，大大減少了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的二維設(shè)計(jì)與實(shí)際情況不匹配的情況，解決了蓋梁構(gòu)造復(fù)雜、理解困難的問(wèn)題。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)在同一工程中對(duì)橋梁裝配式建造及BIM 技術(shù)的應(yīng)用和探索，解決了以往項(xiàng)目中碰到的部分難題，提高了設(shè)計(jì)計(jì)算效率，節(jié)約了工程成本，應(yīng)用效果顯著。同時(shí)，開(kāi)發(fā)了適用于城市快速路工程中橋梁結(jié)構(gòu)參數(shù)化族庫(kù)，探索出一套較完整的橋梁工程BIM 建模與設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，規(guī)避和優(yōu)化了傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)的錯(cuò)漏問(wèn)題，對(duì)今后類(lèi)似項(xiàng)目的設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)意義。